水源地流域生态系统服务对茶园开发的响应与权衡机制

Land use change often trigger the tradeoff between different types of ecosystem services (ES). It has been a research hotspot on how to couple the ES with land use change and to avoid inappropriate ES tradeoffs. Tea field is a widely distributed and fast-growing land use type, with unique farming practices, different hydrological-ecological processes and ES types. However, the dynamic relationship between land use and ES in such basins has been rarely reported. This project will select Shahe reservoir basin, a drinking water source at the upper reach of Lake Taihu, as the study area. By means of field observation, RS and GIS, modelling techniques and statistical analyses, we will explore physical processes and mechanisms of tea field ecosystem. This project will analyze the spatiotemporal distribution of water-related ES, and identify the tradeoffs between ES. The response and tradeoff mechanism of these ES affected by the change in tea farming will be clarified. Based on the ES tradeoffs, area threshold and optimized pattern of tea farming for drinking water conservation basin will be put forward. This project can enrich the theoretical framework for research on ES, and provide scientific basis and decision-making suggestions for rational tea farming and resource use.

土地利用方式的改变往往引发生态系统服务间的权衡效应，两者间的耦合关系及如何避免不当的权衡过程的发生已成为新的研究热点。茶园是一种分布广、增长快的土地利用类型，其特有的耕作方式导致了流域水文生态过程及生态系统服务显著不同于其他用地类型。然而，以茶园开发为主的流域生态系统服务却鲜有报道。本项目选取太湖上游以茶园开发为主的水源地流域—沙河水库流域，通过野外观测、遥感与GIS、模型模拟与统计分析等手段，研究茶园生态系统服务相关过程与机理，揭示流域关键生态系统服务的时空变化特征及规律，识别生态系统服务间权衡关系，阐明茶园开发驱动下的关键生态系统服务响应与权衡机制，提出基于生态系统服务权衡的茶园开发阈值及用地优化模式。本项目成果可丰富我国生态系统服务研究的理论内涵，为水源地茶园开发和管理提供科学依据。

生态系统服务权衡/协同研究的重点就在于在充分认识不同生态系统服务之间权衡/协同的多重非线性关系、类型特征、驱动机制和尺度效应的基础上，找到生态保护与资源利用之间的平衡点。本项目密切围绕“土地利用时空变化所导致的生态过程–环境效应–服务供给的级联关系与影响机制”这一重要方向，利用长期流域自然-生态-社会数据库揭示茶园生态系统多种系统服务之间的权衡/协同特征。在如下方面获得了重要进展：.1）对区域典型茶园生态系统重要系统参数、生态系统服务过程进行了深入研究，构建了沙河水库流域自然-生态-社会复合生态系统数据库，揭示了流域土地利用变化的时空差异性及其生态系统服务权衡效应。2000年-2019年期间，面积变化较大的是农田转变为林地、林地转变为茶果园，变化量分别为15.50km²、9.91km²。.2）补充完善了SWAT在中国区域应用的参数库，构建沙河水库流域土地利用变化的水文-水质响应模型，为流域关键生态系统服务权衡机制研究提供了技术手段。在前期数据搜集基础上，完善并补充了SWAT模型的气候、土壤、土地利用-作物、化肥等数据库，增加了茶园土地利用及其实测生态参数如水资源利用率。建立完整的流域气候参数、土壤参数、流域农事活动与管理行为参数、水质参数，确定模型模拟变量的敏感参数、初始范围，进行了模型校正，确定了最佳拟合值，为后续精确模拟流域土地管理行为、对流域关键生态系统服务的影响提供了有效的定量化方法。.3）沙河水库的茶园业开发过程中体现出强烈的生态系统服务交互作用。在更大区域尺度上，如一带一路国家、全球经济实体亦体现出强烈的代价互换作用，例如在粮食生产上，全社会应该更多地关注如何重塑和重新设计全球粮食体系，使其对气候友好(即碳中性粮食体系)，同时能够公平分配粮食和营养安全，以实现长期的可持续发展目标。. 本项目为今后流域生态系统的可持续发展及政策制定提供了有益思路，进一步丰富生态系统服务研究的理论体系。同时，研究结果对应对国家生态文明建设，优化社会生态安全格局，构建生态补偿机制等方面具有非常重要的实践意义。